市政污水處理以COD、N、P為三大去除目標。按圖4所示思路,COD不應直接被氧化至CO2,而應該是在滿足脫氮除磷碳源需要前提下將多余的COD盡可能轉(zhuǎn)化為能源(如,CH4)使用。這樣,傳統(tǒng)污水處理以去除COD為主要目的的碳氧化便被弱化、甚至被阻止。為此,凡是在脫氮除磷過程中能夠節(jié)省、甚至不消耗COD的技術便受到青睞。對此,反硝化除磷、厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術自被認知以來,很快便應用于工程,如,世紀之交首先在荷蘭應用的BCSF與CANON工藝[7]。那么,污水處理可持續(xù)發(fā)展的技術基礎是什么?
如圖5所示,反硝化除磷細菌(DPB)將脫氮與除磷合二為一,理論上可至少節(jié)省50%的COD和30%的供氧量。COD節(jié)省不僅意味著污泥量大幅度減少(50%),而且也暗示著進水中多余COD可通過篩分(固態(tài))或轉(zhuǎn)化污泥(溶解態(tài))被直接用于厭氧消化轉(zhuǎn)化能源(CH4)。無論是曝氣量減少,還是多余COD轉(zhuǎn)化能源均意味對外源能耗依賴減少,導致CO2排量降低。
圖5 反硝化除磷細菌(DPB)脫氮除磷作用原理圖解
ANAMMOX實際上是一種自養(yǎng)脫氮過程,在不需要O2和COD的情況下,NH4+以NO2-作為電子接受體直接被氧化至N2,所以,它在可持續(xù)性上的意義非同小可。
圖6 ANAMMOX反應示意圖
傳統(tǒng)污水處理工藝一般以平面占地型反應器為主,需要占據(jù)大量土地,這對未曾規(guī)劃或需要升級污水處理的城市來說顯得捉襟見肘。因此,反應器向空間方向發(fā)展,或研發(fā)湊型工藝亦成為可持續(xù)污水處理的一個重要發(fā)展方向。在此方面,同樣率先在荷蘭應用的好氧顆粒污泥工藝(NEREDA)優(yōu)勢明顯[12]。與傳統(tǒng)活性污泥相比,好氧顆粒污泥工藝可節(jié)省占地70%、能量40%、投資25%,它已被國際污水處理大師Mark van Loosdrecht教授喻為將取代傳統(tǒng)活性污泥法的新生代污水生物處理技術。
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